6ES7253-1AA22-0XA0工作原理

6ES7253-1AA22-0XA0工作原理1 引言　　随着科学技术的发展，世界上各大公司相继生产出许多不同类型的可编程控制器，给生活和工业生产的各个领域实现自动控制提供了很多方便，其中西门子LOGO！可编程控制器就是应用起来比较方便的一种，它可以不需要借助其他工具就方便的进行编程，实现逻辑控制、时序等多种编程控制，应用起来方便实用，本系统中用压力传感器作检测件，用压力控制器（CD901）作为压力比较控制中间环节，与西门子可编程控制器（LOGO！）共同组成控制系统。2 应用背景　　我公司动力二区由于用水情况的变化，有时需水量大，有时需水量小，供水压力将随用水量大小变化而不断变化的，由于用水量变化很大使管网压力波动非常之大，当用水量小时，即使只开一台水泵管网压力仍可达到0.35Mpa，致使管网憋压造成能源浪费。当用水量大时，又必须开两台甚至三台才能满足工艺要求，这就要求岗位人员时常观察管网压力，并根据情况人工开机停机，这样不仅压力变化较大和调节滞后，而且会浪费能源，还可能造成供水不足影响生产等情况。当厂区内出现火情时，用水突然增加，而且要求压力更高才能满足消防需要，往往是出现火情后，由发现火情人员通知动力值班员，再由动力值班员去泵房开泵增压，由于过程多，不能及时增压，供水不足影响扑救工作，很可能延误时机造成更不利的局面，后果可能不可收拾。3 系统控制方式3.1 手动状态：该状态时，编程控制系统停止工作，各水泵电机（一次水泵和消防水泵）分别由各自的按钮控制启、停，适合于系统故障或检修时使用。3.2 自动运行：这种状态即为正常运行方式，各水泵电机（一次水泵和消防水泵）均通过压力检测、压力控制器、编程控制器，根据设定管道压力和编程条件进行水泵电机的自动开启、停机控制，自动增加或减少运行水泵电机量，实现供水管道压力基本稳定的目的，在厂区任何地方发生火情时，可以通过安装在各车间的消防按钮就可以及时开消防水泵增压，而不需要通知动力部门人员，再由他们到泵房增开水泵，不仅在正常生产时实现稳压供水，更能在有消防需要时时间开启消防泵，达到即保障生产又兼顾消防的目的。4 控制功能的实现正常生产时，3台水泵并联运行，实现恒压供水；有火情时，通过布置在各车间的消防控制按钮，实现立即开启另两台消防泵增压，保证生产、消防两不误。系统中用一台LOGO!编程控制器进行协调，现场压力信号经压力变送器取样，送至压力控制器与设定值进行比较，比较后产生压力信号到变频器，进行调压。若变频器不能满足压力调节，压力控制器产生高低报警信号，给LOGO!编程控制器启、停相应水泵，以保证压力稳定。5 联机方式：下面给出系统各部分联机方式，以便大家了解整个系统，联机方式如下图：图16 原理图图27 控制与编程7.1 压力不足增开机情况：图37.2 压力高停机情况：因与7.1类似，只是顺序相反，在此就不再给出了。7.3 消防控制优先，只要有消防信号，系统就执行紧急增压功能，不再进行加减机调压。8 如图1所示，控制编程情况说明如下：8.1程序设定是按照一定顺序开机或停机的，1#变频机开到大后，如果压力低于设定值，压力控制器就输出低报警给编程控制器，编程控制器按设定好的顺序开机（此处先开2#机，再开3#机），开机后管道增压，并由1#变频机调压，由压力监测器反馈到压力控制器，与设定值进行比较，如果压力在设定值范围内，系统保持现状；如果压力值仍低于设定下限，编程控制器将按编程再开另一台水泵电机，同样由1#变频机调压，此系统正常生产多需要开两台半不到三台就够了；如果此后由于系统用水量降低，使系统管道压力高于设定值上限，编程控制器按设定好的顺序停机（此处先停3#机，再停2#机），管道减压，并由1#变频机调压，由压力监测器反馈到压力控制器，如果压力在设定值范围内，系统保持现状；如果压力值仍高于设定上限，编程控制器将按编程再停另一台水泵电机，同样由1#变频机调压。如此循环往复，保持系统压力相对稳定。8.2如果编程控制器接到消防指令，将直接开启消防泵，同时不再根据原压力设定进行调节，保持高压大量供水，直到再接到消防停机指令，然后又进入正常压力调节程序。9 实施：我们所用的这种编程控制器，编程简单，应用方便，因此实施起来没有太多太多困难，只要根据生产实际中多数时间的用水情况，设定合适的压力控制点和上下限，再根据用水变化程度，设定开停机间隔时间，按一定的逻辑关系实现开停机控制，并实现消防信号优先，就可以达到正常生产时基本恒压供水，消防时快速增压，保障特殊情况用水压力及用水量。施工难点主要是到各车间的消防控制，线路较长，控制点多，为保障正常生产，消防按钮特殊管理，一般情况不允许动。10 实施效果：自从完成本项目至今，系统运行良好，由于实现了自动启停稳压控制，大限度的保障了生产，而且，降低了操作工的劳动强度，减少了人为延误，还起到了节约能源的作用，受到使用单位和领导的好评。.本系统主要是通过检测现场烟气温度和压力，通过控制调节风机、水泵以及加药装置的频率和控制开关，从而达到控制烟气温度和含量的目的；通过西门子S7-300系列PLC通过采集和控制模块对设备和现场仪表进行采集和控制，并把信号通过底版总线与CPU处理器传输，由CPU处理器完成处理后，再通过以太网与工控机连接；本系统有两套完全独立的CPU处理系统，通过IM153-2 分别与远程的I/O模块通过PROFIBUS总线通讯，当一套发生故障时，备用系统自动投入运行；　　当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行远程控制；并同时自动把数据转换为OPC的数据传输格式，把需要显示的数据传送给模拟屏。　　3.工厂外貌图片二、系统介绍　　1. 项目简单工艺主要针对城市医疗垃圾进行处理，医疗垃圾收运后运到处置中心进行焚烧处理，垃圾首先进入焚烧炉和二燃室进行配风焚烧，焚烧后的烟气通过锅炉进行降温、除酸喷雾塔和布袋除尘器进行除酸和除尘，然后通过35米烟囱直接排放；锅炉产生的蒸汽用于发电或其它用途，本自控系统主要控制垃圾燃烧后产生的烟气温度和烟气成本含量，保证减少二次污染。　　2. 本项目主要使用西门子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，模块选型如下：　　中央处理器模块 CPU315-2DP 6ES7315-2AG10-0AB0 2块，工作存储器128KB；　　电源模块6ES7307-1EA00-0AA0 2块给CPU供电；　　通讯模块6GK7343-1EX20-0XE0 2块与计算机进行网络通讯并进行两个CPU之间的冗余通讯；　　接口模块6ES7153-2AA02-0XB0 2块进行PROFIBUS远程I/O通讯和系统冗余通讯；　　电源模块6EP1333-2AA00 2块给ET200供电；　　DI数字量输入模块6ES7321-1BL00-0AA0 5块 采集现场设备的运转及故障状态；　　DO数字量输出模块6ES7322-1BL00-0AA0 3块控制现场设备的启停；　　AI模拟量输入模块6ES7331-7KF02-0AB0 2块采集现场设备的压力、流量、烟气成分含量以及风机和加药泵的频率信号；　　TC热电偶输入模块6ES7331-7PF10-0AB02块 采集1000度以上的烟气和蒸汽温度信号；　　RTD热电阻输入模块6ES7331-7PF00-0AB02块采集1000度以下的烟气和蒸汽温度信号　　AO模拟量输出模块6ES7332-5HF00-0AB02块通过程序的PID自动调节控制风机和加药装置的频率；三、控制系统构成　　1．本项目的硬件设备主要分为三个大部分：PLC部分、现场设备以及模拟屏部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的数据传输给计算机并传诵计算机下达的控制命令，并内部通过强大的内部运算国内进行PID自动调节，具体组成和选型依据如下：　　PLC 选用西门子的S7-300系列PLC，设计为软冗余系统，PLC本体与远程I/O通讯为PROFIBUS 协议的串口通讯，PLC与计算机采用以太网，并以以太网作为冗余网络；中控室计划设计为两台工业计算机模拟屏等设备，与计算机的通讯采用RS232直接串口通讯，软件选用WINCC.0组态软件。　　现场采集和显示控制设备，基本选用国产元件，一般选用的测量1200度以上的温度S分度热电偶，1200度以下500度以上用S分度热电偶，500度以下用PT100热电阻测量，直接与相应的PLC模块连接，不需要任何的变送器元件；压力选用压力差压变送器把压力信号变成4-20mA的标准信号送到AI模块；电机的转速通过变频器调节，频率信号通过AI 模块输入，频率的设定通过AO 模块输出4-20mA的标准信号进行控制，启停控制通过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。　　2．附加系统设备主要有变频器、压力变送器、温度传感器、智能仪表和控制继电器等，大部分设备与PLC之间全部采用硬连接，硬件配置及网络结构见下图：　　3.多种方案的比较　　过于系统选型方案的比较，由于以前工程的冗余控制系统一直使用国内的DCS系统或者PLC的硬冗余系统，但从使用效果以及造价成本方面考虑，国外DCS系统价格非常昂贵，国内DCS系统又不是特别稳定；用PLC硬冗余系统也存在价格比较贵的原因；通过比较，决定用价格相对便宜而性能又比较稳定的西门子软冗余系统尝试使用。四、控制系统完成功能　　1．本系统的主要工作分以下几个方面：　　? 软冗余功能的完成　　软件冗余是西门子公司实现冗余功能的一种低成本解决方案,可以应用于对主备系统切换时间要求不高的控制系统中，节约成本。但在垃圾焚烧项目中对设备的控制要求非常严格，也就是说控制设备在冗余切换中不能断开，所以本人根据西门子公司的软冗余手册进行调试和编程，后效果非常好，不会出现切换设备中断的现象，所以给下面的工作带来了巨大信心，具体调试过程在西门子的“软冗余文章”全部有描述，在此不做过多的描述。　　?控制功能的完成　　本系统的自动控制功能主要分以下几个部分：　　一次风机、二次风机以及引风机的联动控制　　在本系统中，焚烧系统的焚烧炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机以及引风机的运转频率全部联动控制；当引风机开启后，一次风机、二次风机才能开启，根据温度和烟气的氧气含量控制炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机的频率进行调速控制，直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；一燃室的烟气温度控制到850度，二燃室的烟气温度控制到1200度，使之不产生二恶英；一燃室温度过高时增大进料电机速度，同时减小一次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；二燃室温度过高时增减小一次风风机速度，同时增加二次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；并且在控制一二次风的时候，必须自动调节引风机速度，保证烟道压力保证在-150PA左右。　　碱液站的自动控制　　在除酸喷雾塔中需要喷洒碱液以保证烟气的酸碱度，同上面一样直接利用STEP 7的PID 模块，直接可通过DB 模块直接设定设定值以及积分时间，非常简便；　　布袋除尘器的自动控制　　设定温度值，利用PLC 内部的比较指令，温度范围在130-190度之间时，启动布袋除尘器，超出范围时，通过PLC程序启动旁通阀，保护布袋。　　锅炉给水自动控制　　锅炉汽包水位是确保安全生产和维护正常供汽的主要条件，一般要求水位维持在设计水位的±50mm 范围内；设定锅炉给水水位，通过PID 模块自动调节给水阀门的开度，从而达到控制锅炉水位的功能。　　系统终检测结果：　　PLC 系统采集正常，数据显示和动作控制的时间不超过500ms ,数据交换的准确率为；　　PROFIBUS 传输正常，没有掉落模块的情况出现；　　PLC 数据传输jingque，模拟量的jingque度可以达到13BIT；　　冗余系统正常，没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等；　　模拟屏显示正常、数据刷新正常，数据刷新速度为1000ms；　　2．在本项目的调试过程中，应该说是非常顺利的，只是在开始的时候由于软冗余系统在深圳比较少用，所以在刚开始调试时比较担心，但经过西门子公司的技术支持，调试非常顺利，在刚开始就确认冗余切换没问题。　　3.工艺及主要设备组态界面　　3.1 工艺图界面3.2 变频器控制画面3.3 碱液站控制画面五、结束语　　本系统于2005年2月投入使用至今已近20个月，运行顺利，用户非常满意；目前本系统已经成功推广到南昌、长沙、成都、青岛、大连等地的医疗垃圾处理系统以及广东番禺绿由工业危险废物焚烧发电厂中，用户反映非常良好。　　该SIEMENS S7-300软冗余系统已在生产中得到实际使用，为企业带来了可观的经济效益，在该系统中，PLC系统的应用得到了充分的展示，这种冗余配置广泛的推广到其它行业应用提供一定的参考价值。六、应用体会　　本系统自选型以来，经历了许多困难，因为以前都使用硬冗余的PLC ，比如AB的PLC5系列或者其它品牌的DCS系统，但由于上述系统造价非常昂贵，而部分国产的DCS系统非常不稳定，我们的项目为BOT 项目而且有要求条件不是太高，所以既要降低成本，又要保证性能，所以通过比较，决定“深圳市医疗废物处置中心”项目实验，如果可行就进行推广，目前已经在公司项目正式批量使用，甚感欣慰。　　通过上述项目，证实西门子S7-300软冗余系统完全可以满足“垃圾焚烧发电厂”的技术要求，基本实现无扰切换。并且通过WINCC6.0开放的OPC接口，完成了与模拟屏的数据通讯，积累了一定的应用经验。原有的皮带控制系统电路都是相当复杂的老式继电回路，加上运行时间已达十多年，故障发生率很高，一旦发生故障需用很长时间来查找和排除故障点，给检修和维护带来很大不便。　　随着PLC在工业控制中的应用越来越广泛，PLC技术也越来越成熟，现已将原有的控制电路改造成由PLC可编程控制的电路，来改变目前输送系统存在的问题。　　2.系统改造的目标　　通过技改，将PLC应用于皮带控制系统，取代那些原控制电路相当复杂的老式继电回路，并且使安装和维修更为方便。只要把提供输入信号的按钮、限位开关和无触点开关等元件与PLC的输入接口相连，把功率输出元件电磁铁和接触器等与PLC的输出口相连，即安装完毕。检修也一目了然，只要观察PLC的输入、输出口的指示灯就能正确判断故障所在。　　3.工艺过程概述　　输送皮带控制一般用于散料到成品袋包装系统，中海石油天野化工(集团)有限责任公司散料包装皮带系统见图1。      　　散料经输送皮带一路送往1#包装楼料仓，另一路送往2#包装楼料仓。筛分楼内有分料器，控制散料流向。输送皮带二路设计，一开一备。1#、2#包装楼共有6台包装机将散料包装成袋，通过输送皮带送往站台装车。　　1#包装楼控制柜设计有PLC、上位工控机及操作台，2#包装楼控制柜设计有PLC及操作台，3#散料库控制柜设计有PLC。1#、2#包装楼操作台设计有选择开关和按钮，可以选择皮带输送路线与启停，3#散料库控制柜设计无人操作岗位，由1#包装楼控制柜上位工控机显示及操作台远程操作。　　3#散料库就地安装有控制柜，内装三菱A1S(S1)PLC，通过A1SJ71UC24RS485通讯模块与1#包装楼上位工控机远程通讯。2#包装楼操作间安装有控制柜，可以启停2#包装库的包装机及皮带机，内装三菱FX60MRPLC，通过FX485BD通讯模块与1#包装楼上位工控机远程通讯。1#包装楼操作间安装有控制柜及上位工控机，实现对1#包装楼的皮带机及计数器启停及监控，对2#包装楼的皮带机及计数器监视，对3#散料库的挖料机及皮带机启停及监控。